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Description
本発明は、発電機に関し、とくにインナーロータ方式のコアレス発電機に関するものである。 The present invention relates to a generator, and more particularly to an inner rotor type coreless generator.
従来より、風力発電等に使用される発電機として、棒状のコア(鉄芯)にコイルを長い円筒状に巻いた電機子コイルと界磁用永久磁石とを有するものが多用されていた。しかし、コア入りの電機子コイルを用いた発電機は、コアと永久磁石との間において互いに引き合う力が生じ、回転に必要なトルクが大きくなり、低風速時には発電出力が低下する問題点が有った。 2. Description of the Related Art Conventionally, generators used for wind power generation and the like have been frequently used which have an armature coil and a field permanent magnet in which a coil is wound around a rod-shaped core (iron core) in a long cylindrical shape. However, a generator using an armature coil with a core has a problem in that an attractive force is generated between the core and the permanent magnet, the torque required for rotation increases, and the power generation output decreases at low wind speeds. It was.
そこで、波形部をもつ様に環状の平板形状に巻かれたコアレスの電機子コイルと、風車の回転軸部側に結合され、前記波形部に対応する複数組の平板形状の界磁石とからなるアウターロータ形発電機が提案されている(特許文献1参照。)。 Therefore, a coreless armature coil wound in an annular flat plate shape so as to have a corrugated portion, and a plurality of sets of flat field magnets coupled to the rotating shaft side of the windmill and corresponding to the corrugated portion. An outer rotor type generator has been proposed (see Patent Document 1).
しかしながら、上記のアウターロータ型発電機によってコア(鉄芯)よるトルクの増大や、低風速時における発電出力の低下は解消されるものの、電機子コイルが中心部のシャフトに固定されており、さらに平板形状の界磁石からなるアウターロータによって覆われているため、発電時にコイルから発生する熱が発電機内に溜り易いという問題点があった。しかも、発電出力を増大させるためには、前記平板形状の界磁石の径を大きくする必要があり、必然的に発電機の大きさも大型化しコストアップとなるという問題点もあった。 However, although the increase in torque due to the core (iron core) and the decrease in the power generation output at the time of low wind speed are eliminated by the outer rotor type generator, the armature coil is fixed to the central shaft, Since it is covered with an outer rotor made of a flat field magnet, there is a problem that heat generated from the coil during power generation tends to accumulate in the generator. Moreover, in order to increase the power generation output, it is necessary to increase the diameter of the flat field magnet, which inevitably increases the size of the generator and increases the cost.
そこで、小型で発電量を任意で制御できる車両用発電機が提案されている(特許文献2参照。)。 Thus, a vehicular generator that is small and can arbitrarily control the amount of power generation has been proposed (see Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献2に提案されている発電機は、永久磁石をロータに用いて小型軽量化を計るものであるが、耐熱性の樹脂で平板状に成形した電機子コイルと、平板に複数の永久磁石を放射状に配置した界磁極際を複数交互に積層する技術に関しては何ら言及されず、また、電機子コイルで発生する熱に関しても何らの示唆もないものであった。
However, the generator proposed in
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、インナーロータ型コアレス発電機であって、電機子コイルから生じる熱を効率よく放熱できると共に、耐熱樹脂によって電機子を成形することで界磁極間で挟持される隙間を狭くすることができ、しかも複数の電機子と界磁極を交互に積層して構成し、高い発電効率と発電出力を得る発電機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is an inner rotor type coreless generator, which can efficiently dissipate heat generated from an armature coil and can form a field pole by forming an armature from a heat-resistant resin. It is an object of the present invention to provide a generator that can narrow a gap between them and is configured by alternately laminating a plurality of armatures and field poles to obtain high power generation efficiency and power generation output.
このため本発明の発電機は、回転軸によって回転し界磁極を形成する永久磁石と、該永久磁石と対向して配置され、耐熱性樹脂によって成形されたコイルからなる電機子と、から構成され、前記電機子と前記永久磁石を回転軸方向に交互に複数積層したインナーロータ型コアレス発電機において、前記電機子は環状に巻回されたコイルを周方向に複数配置し、前記永久磁石と対向する耐熱性樹脂部分が周方向に窪み、かつ中孔を有する円板形状に加圧成形され、また前記界磁極は中央部に回転軸を嵌入する円板形状のホルダーに複数の永久磁石を前記電機子のコイルと対向して放射状に配置して構成したことを特徴とする。 For this reason, the generator of the present invention is composed of a permanent magnet that is rotated by a rotating shaft to form a field pole, and an armature that is arranged to face the permanent magnet and is made of a coil formed of heat-resistant resin. in the inner rotor type coreless generator was alternately stacked in the rotation axis direction of the said armature permanent magnet, the armature is arranging a plurality of coils wound annularly in a circumferential direction, opposite to the permanent magnet The heat-resistant resin portion to be pressed into a disk shape having a hollow in the circumferential direction and having an inner hole, and the field pole has a plurality of permanent magnets in a disk-shaped holder with a rotating shaft fitted in the center. It is characterized by being arranged radially facing the armature coil.
本発明の発電機によれば、電機子は耐熱性樹脂によって封入され中孔を有する円板形状に成形されたコイルからなり、該円板形状に成形された電機子の外周を放熱性に優れる金属枠にて保持するため、コイルから発生する熱が発電機内に溜まらずに金属枠から外に放出されるため、放熱性に優れるという優れた効果を有する。 According to the generator of the present invention, the armature is composed of a coil encapsulated with a heat-resistant resin and formed into a disk shape having an inner hole, and the outer periphery of the armature formed into the disk shape is excellent in heat dissipation. Since it is held by the metal frame, the heat generated from the coil is released outside the metal frame without accumulating in the generator, and thus has an excellent effect of excellent heat dissipation.
しかも、円板形状に成形された電機子と、前記複数の永久磁石を前記電機子のコイルと対向して放射状に配置して構成した界磁極を、回転軸方向に交互に複数積層して構成するため、発電機の径を大きくすることなく発電出力を大きくすることができ、小型化が可能であると共に、安価に製造できるという優れた効果を有する。 In addition, a plurality of field poles configured by disposing the armature formed in a disk shape and the plurality of permanent magnets radially facing the coils of the armature are alternately stacked in the rotation axis direction. Therefore, it is possible to increase the power generation output without increasing the diameter of the generator, and it is possible to reduce the size and to produce an excellent effect that can be manufactured at a low cost.
さらに、円板形状に成形された電機子表面の、すくなくとも前記放射状に配置されて回転する永久磁石と対向する部分を周方向に窪ませて成形したため、電機子のコイルを挟んで対向する界磁極間を狭くすることが可能となり、発電効率が向上するという優れた効果を有する。 Further, since the portion of the armature surface formed into a disk shape is at least a portion facing the rotating permanent magnet that is arranged radially, it is formed in the circumferential direction so that it is formed in the circumferential direction. The gap can be narrowed, and the power generation efficiency is improved.
以下、本発明の発電機を実施例に基づいて説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。図1は本発明の発電機の一実施例を示す斜視図、図2(a)は図1の平面図、図2(b)は図1の縦断面説明図、図3は図2の構成を説明する断面構成説明図、図4は本発明に使用するコイルを示す説明図である。 Hereinafter, although the generator of this invention is demonstrated based on an Example, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to a present Example. 1 is a perspective view showing an embodiment of the generator of the present invention, FIG. 2A is a plan view of FIG. 1, FIG. 2B is a longitudinal sectional view of FIG. 1, and FIG. 3 is a configuration of FIG. FIG. 4 is an explanatory view showing a coil used in the present invention.
図1乃至図3に示すように、本発明に係る発電機1は、回転軸2を嵌入し回転可能に保持した円板形状を有する一対の外側界磁極3と、一対の外側界磁極3に挟持された3個の中孔円板形状を有する電機子4と、電機子4と交互に配置され回転軸2を嵌入する2個の内側界磁極5と、回転軸2を挿通し電機子4を外周面で保持するする外ケース6とから構成され、回転軸2の回転による界磁極3、4の回転によって電機子4のコイル7に誘導電流が発生し発電する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
外側界磁極3・3は、回転軸2を嵌入する中央孔部8を有する段付き円板形状のホルダー9と、ホルダー9の片面の外縁近傍に周方向に磁極を交互に入れ替えて配置された複数の永久磁石10と、永久磁石10をホルダー9と接続する磁石ホルダー11とからなり、夫々永久磁石10を対向して配置され、対向する永久磁石10の磁極はそれぞれ逆とされる。また、内側界磁極5・5は、回転軸2を嵌入する中央孔部8を有する段付き円板形状のホルダー12と、ホルダー12の両面の外縁近傍に周方向に磁極を交互に入れ替えて配置された複数の永久磁石10と、から構成され、後述する電機子4と交互に積層されて回転軸2を嵌入される。尚、ホルダー9、12はいずれもアルミ若しくはアルミ合金にて形成されている。
The outer field
外ケース6は、中央部に回転軸2を回転可能に保持するベアリング13が設けられ、上記した界磁極3、5及び電機子4をスペーサー14を介して挟持する。また、回転軸2は円筒状に成形された鋼製部材からなり、外ケース6のベアリング13及び上記界磁極3、4を嵌入して保持される。そして、外ケース6の外縁部に設けられた取り付け孔にボルトによって、上記した磁極3,5及び後述する電機子4が積層して取り付けられる。
The
図4は本発明の発電機1に使用される電機子4を示す説明図であり、図4(a)は電機子4の一実施例を示す断面図、図4(b)は図4(a)の平面図、図4(c)はコイル7の配置を示す説明平面図である。図に示すように、 電機子4は環状に巻回されたコイル7を周方向に複数配置し、耐熱性樹脂15によって中孔円板形状に加熱及び加圧成形しており、上記した界磁極3、5の永久磁石10と対向する部分は周方向で窪み部17が形成されている。また電機子4の外周部は2枚のアルミ製ホルダー16によって挟持して保持されており、熱伝導性に優れる。そしてコイル7のリード線(図示せず)はホルダー16から外部へ引き出される。
FIG. 4 is an explanatory view showing the
ここで、電機子4の製造方法を説明すると、まずコイル7を仕上がりサイズの円形に合わせて周方向に複数重ねて配置する。次に耐熱性樹脂15をコイル7全体に注入する。そして金型(図示せず)を使用し加熱及び加圧成形機によって成形する。この際、金型には予め周方向で窪み部17に対応する凸部が形成されており、この窪み部17の位置と深さは上記の界磁極3及び5が電機子4を挟持する際に発電効率を考慮して設計される。また電機子4の成形に使用される耐熱性の樹脂は市販のものが使用可能であり、発電機1の設計温度に耐えるものであればかまわない。
Here, the manufacturing method of the
上記の構成による本発明の発電機によれば、複数の界磁極と電機子を回転軸方向に交互に積層して構成するため、高出力の発電を行なうことが可能となり、しかも界磁極の径を大きくすることがないため小型化が図れ、さらに界磁極と電機子を規格化することで、コストを軽減することができる。 According to the generator of the present invention having the above-described configuration, a plurality of field poles and armatures are alternately stacked in the rotation axis direction, so that high-output power generation can be performed, and the diameter of the field poles Therefore, the size can be reduced, and the cost can be reduced by standardizing the field pole and the armature.
以上本発明による発電機は、インナーロータ型コアレス発電機であり、回転軸の回転によって界磁極が回転し、外側ホルダーに固定された界磁極と対向するコイルからなる電機子によって発電を行なうため、コイルに発生する熱が発電機内に溜まるず放熱性に優れる、しかも平板上に成形した電機子表面の永久磁石と対向する部分が周方向で窪ませてあり、永久磁石からなる界磁極同士の間隔を狭くすることが可能となり、発電効率が向上する。さらに平板上に形成した電機子と、平板状のホルダーに永久磁石を配置した界磁極を回転軸方向に複数積層して発電機を構成することができ、小型で低コストであり、しかも出力の大きな発電機が得られる。 As described above, the generator according to the present invention is an inner rotor type coreless generator, the field pole is rotated by the rotation of the rotating shaft, and power is generated by an armature composed of a coil facing the field pole fixed to the outer holder. The heat generated in the coil does not accumulate in the generator and is excellent in heat dissipation, and the part facing the permanent magnet on the armature surface formed on the flat plate is recessed in the circumferential direction, and the spacing between the field poles made of permanent magnets The power generation efficiency is improved. In addition, a generator can be configured by stacking a plurality of field poles with permanent magnets arranged on a flat plate holder and permanent magnets in the direction of the rotation axis in the direction of the axis of rotation. A big generator is obtained.
1 発電機
2 回転軸
3 外側界磁極
4 電機子
5 内側界磁極
6 外ケース
7 コイル
8 中央孔部
9、12、16 ホルダー
10 永久磁石
11 磁石ホルダー
13 ベアリング
14 スペーサー
15 耐熱性樹脂
17 窪み部
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